一維納米材料的構(gòu)筑及其在能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用.pdf

1、上海師范大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要論文題目：一維納米材料的構(gòu)筑及其在能量轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用學(xué)科專(zhuān)業(yè)：物理化學(xué)學(xué)位申請(qǐng)人：王文超指導(dǎo)教師姓名：李貴生教授摘要能源短缺、環(huán)境惡化是21世紀(jì)人類(lèi)社會(huì)所面臨的兩個(gè)重大問(wèn)題，化石燃料的燃燒不僅帶來(lái)能源消耗而且對(duì)環(huán)境造成難以修復(fù)的破壞，生產(chǎn)可再生能源以代替化石燃料迫在眉睫。太陽(yáng)能作為一種取之不盡、用之不竭的清潔能源，能很好的為人類(lèi)社會(huì)提供能源動(dòng)力，但太陽(yáng)能利用率低、成本高等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題限制了其廣泛的應(yīng)用。因此，基

2、于光化學(xué)技術(shù)生產(chǎn)可再生能源是解決能源短缺、環(huán)境惡化問(wèn)題的有效途徑。在所有替代性能源中，氫能被學(xué)者認(rèn)為是一種無(wú)污染、高價(jià)值的新能源，是2l世紀(jì)最有潛力的替代能源。半導(dǎo)體光催化技術(shù)可直接利用太陽(yáng)能分解水制氫。其中，Ti02作為一種典型的半導(dǎo)體材料本身無(wú)毒無(wú)害、價(jià)格低廉且光化學(xué)穩(wěn)定性好而得到廣泛的研究。但光吸收范圍窄、光生電子空穴復(fù)合速率快等問(wèn)題限制其實(shí)際的應(yīng)用。為解決這些問(wèn)題目前采用的手段有金屬修飾，半導(dǎo)體復(fù)合及其通過(guò)光催化和電化學(xué)技術(shù)，實(shí)

3、現(xiàn)光電催化性能研究。因此，主要的研究?jī)?nèi)容如下：(1)通過(guò)水熱法制各Ti02納米棒陣列，研究其儲(chǔ)能放電性能和分解水制氫活性?？疾炱鋵?duì)電能、光能的存儲(chǔ)，通過(guò)分解水制氫活性的測(cè)試評(píng)價(jià)儲(chǔ)能放電性能的效率。結(jié)果表明：制得的TD2納米棒可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電能、光能的存儲(chǔ)，并將存儲(chǔ)的能量用于分解水制氫。其主要原理是通過(guò)電子還原作用j#Ti4轉(zhuǎn)換為T(mén)i3達(dá)到對(duì)能量存儲(chǔ)的目的，隨后邗轉(zhuǎn)換為T(mén)r并進(jìn)一步轉(zhuǎn)移電子至鉑電極上進(jìn)行還原水產(chǎn)氫。通過(guò)XPS、電化學(xué)信號(hào)跟蹤等

4、表征手段對(duì)儲(chǔ)能放電過(guò)程進(jìn)行了剖析。在無(wú)犧牲劑條件下實(shí)現(xiàn)的水的全分解反應(yīng)，良好的光化學(xué)穩(wěn)定性和催化效率為太陽(yáng)能的存儲(chǔ)和利用提供了一種全新、可行的思路。(2)通過(guò)一步水熱法剝離、制各得到自支撐、有序、導(dǎo)電Ti02納米棒陣列薄膜。在第一部分的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)水熱時(shí)間，將Ti02納米棒陣列薄膜從FTO基底上剝離，同時(shí)將FTO導(dǎo)電層一起剝落形成導(dǎo)電的T妁2納米棒陣列薄膜，并保持有序的一維納米棒陣列結(jié)構(gòu)，通過(guò)XRD、FESEM、TEM、XRS和光電流等表

5、征手段對(duì)催化劑的物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了相關(guān)表征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該薄膜具有快的電子傳輸能力、良好的光、熱穩(wěn)定性，在分解水制氫反應(yīng)中表現(xiàn)高的催化活性。(3)水熱法制備MOFs(ZIF8)修飾Ti02光電極材料，運(yùn)用MOFs材料孔道AbstractNowadays，theworldisricingseriousenergyandenvironmentalproblems，SOitISVcIryurgenttoproduceacleanandsust

6、ainableenergyusingrenewableenergysoH／cetosolvesuchproblemsTheburningoffossilfuelsisdetrimentalbothtononrenewableresourcesandenvironmentSolarenergyasakindofinexhaust西leenergycanprovideenoughpowerforthehurnansocietyButlowu

7、tilizationefficiencyandhighcostlimitthewideapplicationofsolarenergythus，producingcleanenergyfromsolarenergybasedonsemicoriductorsisaneffectivewaytosolveenergyissueandenvironmentaldegradatiortAmongallthealternativeenergyh

8、ydrogenenergyhasbeenregardedasthemostpromisingalternativeenergyresourcein21stcenturybythemajorityofscholarsaroundtheworldSemiconductorbasedphotochemicaltechnologycanutilizedtotransfersolarenergytochemicalorelectricalener

9、gyTi02，asaclassicsemiconductormaterialwithnontoxic，lowpriceandphotochemicalstabilityhasbeenwidelyusedtoproducehydrogenNevertheless，theintrinsicdefectsofTi02suchaSnanDwabsorptionspectra，lowutilizationefficiencyofsolarligh

10、thighrecombinationrateofphotoinducedelectronsandholes，severelylimitedtheirpracticalapplicationforenergyandenvironmentalremediationVariousstrategieshavebeenexpbredtoSOlvetheseproblemsviafullbandabsorptionTi02，noblemetaImo

11、dificationandcombinationofphotocatalyticandelectro—chemistryforachievingphotoeleclrocatalysisThus，thepresentthesisfocusedonthefollowingparts：(1)Ti02nanorodsarraysweresynthesizedviahydrothermalmethodTheresearchfocusonthep

12、erformanceofstomgeandIransfersolarenergytohydrogenthroughwatersplittingTheresultsindicatedthatTi02nanorodsarraysfilmcanrealizethetrausferofsolarenergytoelectricityforstorage，andsuchstorageelectricitycarlbefurtherutilized

13、todrivethewatersplittingThemainprinciplefortheaboveenergytransfer—storagereliestherevers如leconversionofXi4／Ti3throughtheelectronicreductionabilityforstoragephotogeneratedelectronsAndthenbyconvertTi3toTi4tbeelectroncanber

14、eleasedtoreduceH2ontheplatinureelectrodeTheas‘preparedelectrodeswerecharacterizedbyXrayphotoelectronspectroscopy(xPs)，electrochemicalmethodsandSOonThewatersplittingreactionprovidesafeas如lewayforsolarenergystoragewithgood